關(guān)于電子天平計(jì)量的探討

華連奎

摘要：本文從電子天平檢定的內(nèi)容入手，全面剖析了電子天平檢定的影響因素和具體措施。

關(guān)鍵字：電子天平；檢定；影響因素；措施

Abstract: This paper start from the contents of the electronic balance test, provide a comprehensive analysis of the influencing factors and specific measures of the electronic balance test.Key words: electronic balance; test; influencing factors; measures

中圖分類號：TH71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104（2012）

1.前言

電子天平是非常重要的計(jì)量測量儀器，因其具有體積小、精度高、操作簡便、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、科研、商業(yè)等領(lǐng)域。電子天平的制作原理，是利用電磁力平衡重力，其稱量準(zhǔn)確可靠，顯示快速清晰。由于電子天平內(nèi)置了稱重傳感器等精密的電子部件，在使用一段時(shí)間后，可能會出現(xiàn)測量誤差較大等問題，因此，要對其進(jìn)行定期檢定，以提高其精確度，延長其使用壽命。

2.電子天平檢定的內(nèi)容

2.1靈敏度、鑒別力的檢定

電子天平的靈敏度，是指對于一個(gè)給定的重量變化，衡器的指示值相應(yīng)能發(fā)生的示值變化。電子天平的鑒別力，是衡器對微小載荷的反應(yīng)能力，即要引起衡器示值有一個(gè)可發(fā)覺的變化，需要添加的重量。對電子天平來說，鑒別力有實(shí)際意義，而靈敏度，則沒有實(shí)際意義。電子天平的靈敏度，一般指的是分度靈敏度，其在數(shù)值上，應(yīng)正好等于該天平相應(yīng)載荷的檢定分度值。對具有數(shù)字指示、自動(dòng)、半自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的電子天平，可以免檢其靈敏度。當(dāng)電子天平檢定分度值e≥1mg時(shí)，可以測定其鑒別力，對使用中的電子天平鑒別力的檢定，通常允許作簡化處理，即選擇在空載或全載時(shí)，處于平衡狀態(tài)的天平上，用質(zhì)量為1.4d的小砝碼，輕緩地加放在天平上，或從其上拿下，此時(shí)，原來的天平示值應(yīng)有變化。使用中的電子天平的鑒別力，一般不會有問題，所以規(guī)程中指出，對于d≤1mg，或者e＞2d的電子天平，可免檢其鑒別力。

2.2各載荷點(diǎn)最大允許誤差的檢定

電子天平的最大允許誤差，是指天平的線性度，是用來判定天平的示值誤差，是否在規(guī)程規(guī)定的范圍之內(nèi)。它與天平的準(zhǔn)確度等級和稱量有關(guān)，通常示值誤差(E)，由下式來確定：E=I-I0，其中I表示天平指示值，I0表示標(biāo)準(zhǔn)砝碼的標(biāo)稱值。對電子天平來說，這樣計(jì)算示值誤差，其實(shí)不夠嚴(yán)密。在檢定電子天平時(shí)，鑒定人員不但按規(guī)程要求選取檢定點(diǎn)，還要根據(jù)被檢電子天平的e與d關(guān)系，來確定是否應(yīng)該對每一被檢點(diǎn)采用附加小砝碼，尋求數(shù)字轉(zhuǎn)換點(diǎn)的方法，來找到該檢定點(diǎn)的實(shí)際模擬值，以確定其示值誤差。首先，開機(jī)預(yù)熱，然后，按照說明書的操作程序，對電子天平進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完畢，顯示零位；從零載荷開始，逐漸單調(diào)往上加載，直至加到天平的最大稱量值時(shí)，然后，再逐漸單調(diào)卸載，直至零載荷為止。在檢定過程中，由檢定操作人員視天平具體情況，來選取載荷點(diǎn)，但空載、全載、最小稱量Min、影響天平誤差值的“拐點(diǎn)”所對應(yīng)的那些載荷，這幾個(gè)載荷點(diǎn)是必須進(jìn)行檢定的。

2.3重復(fù)性誤差的檢定

電子天平的重復(fù)性，是電子天平在相同的測量條件下、同一載荷多次稱量結(jié)果之間的差值，它是用來衡量電子天平能否提供一致結(jié)果的評價(jià)。JJG98-90中規(guī)定，重復(fù)性檢定，應(yīng)在電子天平的空載和加載狀態(tài)下進(jìn)行，測定次數(shù)，應(yīng)根據(jù)電子天平準(zhǔn)確度級別的不同而不同，檢定過程及數(shù)據(jù)處理方法按JJG98-90進(jìn)行。對于e≥5d的電子天平，可以省略用附加小砝碼，尋求數(shù)字轉(zhuǎn)換點(diǎn)進(jìn)行湊整計(jì)算的過程，直接用天平示值減去砝碼質(zhì)量值，來計(jì)算重復(fù)性誤差；對重復(fù)性誤差，可用極差法或標(biāo)準(zhǔn)偏差法來評定，其中極差法較為常用。電子天平重復(fù)性檢定加載的載荷全載和半載，檢定中，分別對加載和空載的平衡位置進(jìn)行讀數(shù)，并記錄，同時(shí)注意每加一次載荷，均應(yīng)返零一次；對同一載荷、多次衡量結(jié)果之間的差值，不得超過天平在該載荷時(shí)，最大允許誤差的絕對值。

2.4電子天平偏載檢定(四角誤差檢定)

對于標(biāo)準(zhǔn)天平，試驗(yàn)載荷等于天平的最大稱量，其四角誤差等于最大示值減最小示值。對于工作用天平，試驗(yàn)載荷等于天平最大載荷的三分之一，其四角誤差等于各點(diǎn)的示值與中心點(diǎn)的示值之差中的最大者。

3.影響電子天平檢定結(jié)果的重要因素

3.1振動(dòng)影響

由于電子天平所在環(huán)境存在著一定的振動(dòng)源或磁源，導(dǎo)致電子天平產(chǎn)生振動(dòng)，影響到電子天平示值的穩(wěn)定。測量環(huán)境中的氣流、強(qiáng)光等因素，都會對電子天平的穩(wěn)定產(chǎn)生影響，導(dǎo)致電子天平檢定結(jié)果產(chǎn)生差異。隨著振幅的減小，電子天平的振幅逐漸趨向其穩(wěn)定值范圍，電子天平趨于穩(wěn)定狀態(tài)，并在短時(shí)間內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)。電子天平漸趨穩(wěn)定的時(shí)間由電子天平的穩(wěn)定取值范圍和檢定分度值決定。因此，在電子天平剛趨穩(wěn)定就讀數(shù)的話，會使電子天平的檢定結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。

3.2預(yù)熱時(shí)間

受預(yù)熱時(shí)間的影響，電子天平的敏感度也會產(chǎn)生相應(yīng)的變動(dòng)，影響電子天平檢定示值的穩(wěn)定。電子天平的預(yù)熱時(shí)間由檢定分度值與電子天平的性能所決定，生產(chǎn)廠家都會在出具的使用說明書里明確的標(biāo)明，需根據(jù)說明書上規(guī)定的要求來處理。一般來說，電子天平在檢定前，需要預(yù)熱0.5h以上，具體的預(yù)熱時(shí)間與電子天平精度成正比，對于進(jìn)行計(jì)量檢定的電子天平，實(shí)際分度值d≥0.01mg的電子天平，預(yù)熱時(shí)間至少為5小時(shí)。實(shí)際分度值d≤0.001mg的微量和超微量電子天平，預(yù)熱時(shí)間則需24小時(shí)以上。當(dāng)然，低精度的電子天平可以適當(dāng)減少預(yù)熱時(shí)間，電子天平的精度越低，需要預(yù)熱的時(shí)間就越短。使用中的天平，預(yù)熱時(shí)間可適當(dāng)減少，當(dāng)天平顯示器上的示值不再呈現(xiàn)單方向漂移時(shí)，回零/去皮后，即可稱量。電子天平說明書也只是設(shè)定了預(yù)熱時(shí)間范圍，但在實(shí)際中具體預(yù)熱時(shí)間還是難以把握，造成檢定結(jié)果的差異。

3.3校準(zhǔn)

電子天平在檢定前，需要經(jīng)過校準(zhǔn)才能正常使用。一般電子天平不具備自動(dòng)校準(zhǔn)功能，需要人工手動(dòng)校準(zhǔn)。人工校準(zhǔn)操作過程是否規(guī)范，多次測量中是否進(jìn)行了校準(zhǔn)，搬動(dòng)移動(dòng)地方是否進(jìn)行了校準(zhǔn)，都會造成檢定結(jié)果的差異。

3.4測量物品

電子天平在經(jīng)過首次檢定投入使用后，測量物品對檢定結(jié)果差異的影響是客觀存在的。為了使電子天平在后續(xù)檢定、使用中檢驗(yàn)保持其計(jì)量性能都能穩(wěn)定合格、其測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，我們應(yīng)在使用中分析并減小各種測量物品對天平的影響。由于測量物品的多樣性，使得諸如溫度過高、過低的物品、潮濕的物品及具有揮發(fā)性、腐蝕性物品會對電子天平的檢定結(jié)果造成影響，帶靜電和磁性的物品在檢定時(shí)也會導(dǎo)致檢定結(jié)果的偏差。因此，要根據(jù)物品的溫度達(dá)到電子天平適宜的溫度，對帶靜電等物品采取一定的措施，消除其對檢定結(jié)果的影響。

4.防止電子天平檢定結(jié)果差異的對策

4.1減少測量環(huán)境的振動(dòng)源

在使用電子天平時(shí)，應(yīng)該盡量避免周圍環(huán)境的振動(dòng)源，如果有能夠覺察的振動(dòng)或氣流，應(yīng)該使操作臺與墻面保持(5—10)cm的間距，減少振動(dòng)源對電子天平檢定的影響。同時(shí)，電子天平的使用環(huán)境應(yīng)避免強(qiáng)光直射，遠(yuǎn)離熱源，防止磁源的影響。假設(shè)條件允許，精度較高的電子天平要配有防震臺。測量環(huán)境的門窗最好采取推拉移動(dòng)方式，不要把電子天平放在空調(diào)的出風(fēng)口下，避免強(qiáng)對流空氣對電子天平的影響，為電子天平的檢定和使用創(chuàng)造穩(wěn)定的環(huán)境條件。

4.2把握預(yù)熱時(shí)間

電子天平在稱量前只有經(jīng)過充分預(yù)熱，使永久磁鋼達(dá)到熱平衡，天平才真正達(dá)到平衡、穩(wěn)定。在一般情況下，只要給天平通電，即使天平顯示器上無顯示，天平也已處于預(yù)熱狀態(tài)。天平上的“ON/OFF”鍵只是開關(guān)顯示器而已。因此經(jīng)常稱量的天平不必?fù)艿綦娫?，讓其始終保持通電預(yù)熱處于備用狀態(tài)，這樣可省去預(yù)熱時(shí)間。使用電子天平，尤其是高精度天平，在條件許可的情況下，長期不斷電，保持天平始終處于預(yù)熱狀態(tài)。一旦電子天平出現(xiàn)斷電情況，要對電子天平預(yù)熱5h以上，確定天平顯示器上的讀數(shù)不再單向偏移，就可以進(jìn)入檢定狀態(tài)。

4.3規(guī)范校準(zhǔn)的操作程序

一般電子天平不具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能，需要借助人工手動(dòng)進(jìn)行校準(zhǔn)。在實(shí)際操作過程中，天平室內(nèi)溫濕度應(yīng)恒定（溫度應(yīng)在20℃，濕度亦在50％左右），按下電子天平的CAL鍵，電子天平給出砝碼標(biāo)稱值，表示校準(zhǔn)砝碼需用該值的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，放入標(biāo)準(zhǔn)砝碼，片刻之后，電子天平顯示器顯示CAL DONE，校準(zhǔn)操作完成。為了得到準(zhǔn)確的校準(zhǔn)結(jié)果最好重復(fù)以上校準(zhǔn)操作步驟兩次。如果電子天平?jīng)]有設(shè)置CAL鍵，可以從說明書查到相關(guān)校準(zhǔn)功能鍵，進(jìn)入校準(zhǔn)菜單，調(diào)出CAL字樣，按照上面的操作程序進(jìn)行校準(zhǔn)。對搬移過的電子天平，重新使用時(shí)必須進(jìn)行校準(zhǔn)。一般情況下，電子天平在當(dāng)天使用前必須校準(zhǔn)，如果使用頻率較高的，可視情況在中途校準(zhǔn)一次，以便利用操作程序的規(guī)范，消除檢定結(jié)果的差異。測量結(jié)果要求準(zhǔn)確度高的，在每次使用前，都必須校準(zhǔn)天平。

4.4根據(jù)測量物品的特性采取有效措施

為了避免測量物品溫度對電子天平檢定結(jié)果的影響，嚴(yán)禁將冰箱或烤箱的物品不進(jìn)行恒溫變化就直接測量，要使物品與測量環(huán)境的溫度相同時(shí)，再進(jìn)行測量。稱量潮濕、吸收或釋放水份、易揮發(fā)和具有腐蝕性的物品時(shí)，要盛放在密閉的容器內(nèi)，以免腐蝕和損壞電子天平。同時(shí)盡量縮減稱量時(shí)間，可以避免天平的單向偏移，減少物品對檢定結(jié)果的影響。為了減少靜電影響，應(yīng)該保持測量環(huán)境的濕度40％-60%。對于帶磁性的物品，在使用電子天平稱量時(shí)，直接稱量容易受磁場作用的影響，導(dǎo)致不同面的數(shù)據(jù)結(jié)果存在差異。因此，稱量帶磁性的物品，可以采取下掛式托盤或高支架托盤，加大物品與天平的距離，遠(yuǎn)離磁場作用，減輕磁性對檢定結(jié)果的影響；屏蔽磁力，將樣品放在非金屬制的容器內(nèi)，可使用非磁性材料將磁性影響降低到最小程度。

5.結(jié)論

總之，電子天平的性能是準(zhǔn)確計(jì)量質(zhì)量的前提，為了有效避免電子天平檢定結(jié)果的偏差，有必要就電子天平產(chǎn)生差異的實(shí)際原因進(jìn)行分析，以便追根溯源找到解決辦法。在實(shí)際測量中，可以依照國家《電子天平》新規(guī)程，對電子天平進(jìn)行檢定，以便提高電子天平的精確度。

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